IFIX在煤矿自动化变电站中的开发与应用研究

马 薇

（山西省晋城无烟煤矿业集团有限责任公司供电分公司，山西 晋城 048000）

IFIX是美国GE公司出品的工业自动化监控平台系统软件，山西晋煤集团选择IFIX作为监控系统的开发平台，开发完成了曙八变、兴二变、奈曼西湖变的监控系统。该系统具有SCADA应用系统和监控系统，增加变电站的综合自动化程度，使变电站自动化管理更加科学和完善。实现了无纸化信息管理和无人值守管理，为企业创造了较好的经济效益。

1 煤矿变电站监控系统的开发

1.1 变电站SCADA系统

整个监控系统前端设备均与通讯管理机通信，而通信管理机将不同设备采集来的数据统一以MODBUS TCP协议（一种完全开放的工业以太网通信协议）传送给SCADA服务器（即监控主机），因此只需在IFIX开发系统中定义一种I/O驱动器，也就是MBE。具有快速、灵活、费用低的特点，而且还具有良好的通信过载能力，从而实现综合自动化变电站高效稳定的数据采集。

1.1.1 I/O驱动器

IFIX最具特色的是I/O驱动器，只要符合IFIX标准的驱动程序，均可与这些设备通讯，实现对这些设备的数据采集和控制。IFIX支持MODBUS TCP协议，该协议需要安装MBE I/O驱动器，安装MBE后，进入I/O设备管理器，首先创建通道，在通道上创建设备通讯管理机txj，设定IP地址为：192.168.3.127；然后在txj设备上创建不同的数据块，这些数据块地址就是过程数据库管理的设备地址。

1.1.2 过程数据库开发

创建新数据库，新建数据库将一个空数据库EMPTY.PDB装入内存，并关闭可能已经被装载的数据库，将数据库保存成新的文件名，例如：sbb.pdb。打开sbb.pdb，创建数据块。创建数据库块时，由于数据比较多，可以将不同类别的数据分别创建一两个，然后导出形成Excel表，在Excel表里进行编辑，然后再导入，由于一个变电站设备众多，创建数据库工作量比较大，引入Excel表的形式导入、导出，大大减轻了开发工作量。对不同数据块可以进行详细的定义和配置。

1.2 智能仪表及其他变电站设备的接入方案

变电站采用的设备很多，厂家不同，设备类型不同，通讯协议也千差万别，如何将这些设备集中起来，实现各种信息的汇总和监控，是一个重要的研究课题。利用MOXA嵌入式智能通讯管理机，利用C语言最低级的计算机编程语言，将不同的设备仪表、不同的通讯协议转换成统一的工业以太网通讯协议，为这些设备集中接入整个变电站监控系统提供了可行性方案。

1.2.1 智能通讯管理机

选用MOXA的嵌入式工业计算机ThinkCore DA-661，作为整个变电站的通讯中间层，提供16个数据通讯端口，这些端口的接入方式根据需要进行相应的自由定义，并提供两个以太网口通讯服务。通讯核心的功能就是将不同装置、不同通讯协议，进行统一汇聚，然后集中转发给IFIX SCADA服务器。

1.2.2 协议转换

根据晋煤集团所选用的设备的通讯协议设置相应的协议转换，具体协议转换如图l所示。该协议转换采用C语言，利用通信管理机预装的Linux/WinCE操作系统编译器编译，下装到通信管理机，借助智能通信管理机搭建一个基于嵌入式技术的分布式控制系统，实现煤矿变电站自动监控系统。

图1 协议转换示意图

1.3 变电站监控系统人机界面的开发

通过IFIX4.0开发过程数据库，对每个设备以通道→设备→通讯参数→数据类型→数据输出的模式建立统一的关系型数据库，绘制各种实际设备的仿真模拟图，并且将图形动态地与数据库建立点对点的关联，最后形成人机界面，供监控系统值班人员进行监控信息的掌握。该煤矿变电站监控系统人机界面还包括以下功能：

（1）操作控制功能。运行人员通过CRT屏幕对断路器、允许远方电动操作的隔离开关和接地开关进行分、合操作；对变压器及站用变压器分接头位置进行调节控制；对补偿装置进行投、切控制，能接受遥控操作命令，进行远方操作；同时还保留了人工直接跳、合闸方式。

（2）安全监视功能。监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度、频率等量要不断进行越限监视，发现越限立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值，还能监视保护装置是否失电，自控装置是否正常等现象。

1.4 变电站监控系统信息化管理

信息管理功能包括：对事故的追忆、对报警事项的查询、历史数据的存档、监控数据的图表再现、各种报表（运行负荷报表、电量运行报表）的输出，为变电站信息化管理提供了必要的手段，完全实现了无纸化管理，客观上完全具备无人值守的条件。

（1）报表及打印功能

利用Excel的自动化技术及VBA脚本从历史数据库中调用所需数据，生成Excel报表。

（2）数据处理与记录功能

首先，在ODBC中增加数据源tpevent，创建 Access数 据 库 dbl.mdb， 创 建 tablel、table2和fixalarms表，分别用来记录SOE报警、开关操作、系统报警；其次，在画面中创建VisiconX控件，通过操作画面来访问报警数据库；最后，在历史报警操作画面中，选择日期或设备查询各种历史报警和事件记录。

（3）画面生成及显示

由画面显示的内容包括：全站生产运行的电气接线图、设备配置图、运行工况图、电压棒形图、实时参数曲线图、各种信息报告。

1.5 变电站各种数据的调度远程上传

远动功能是综合自动化必须完成的一项功能。通过通讯管理机，将所有设备数据统一为MODBUS TCP格式；然后，以调度主站所需数据格式（如部颁CDT或IEC104规约）转发。

2 变电站监控系统的关键技术分析

该变电站监控系统的开发具有以下关键技术及优势：

（1）立足于晋煤集团变电站的实际情况进行开发，制订出变电站SCADA方案；

（2）开发智能通讯管理机底层通讯程序，为智能仪表及其他设备的接入提供了可行性方案；

（3）开发出综合自动化变电站智能交互式的人机界面；

（4）开发监控系统的信息化管理工具，为事故追忆、报警事项、历史查询、数据存档、报表输出提供了必要的管理手段，基本实现了变电站的无纸化信息管理，客观上具备无人值守的条件。

3 实践及应用效益分析

利用IFIX4.0作为开发平台，开发完成了山西晋煤集团曙八变、兴二变、奈曼西湖变的监控系统，这3个变电站较之以前的自动化变电站自动化程度更高，稳定性、灵活性更强。这些变电站实现了无纸化信息管理，客观上完全实现了无人值守的管理。每年每个变电站可以节约运营成本50万元，3座变电站每年可以节约运营成本150万元，同时提高了煤矿供电的安全性和稳定性，对于保障煤矿生产的安全稳定起到了积极的作用。另外该监控系统的开发也为煤矿电力系统的自动化发展开拓了新的思路，取得了良好的社会效益。

4 结论

通过3个自动化变电站的开发应用，得出如下结论：

（1）IFIX功能强大，灵活性好，提供了很好的画图工具、过程数据库、I/O驱动器、事件调度处理、报警处理，提供强大的VBA编程环境，用户可通过类似VBA一样的可视化编程来开发出具备自身特点的集数据采集、监控、信息管理于一体的监控系统，大大缩短了开发周期，降低了开发成本。但对于开发人员的技术水平提出了较高的要求，要求技术人员要精通通讯协议的开发、IFIX系统软件的开发、VBA开发，只有这样才能很好地驾驭IFIX系统。

（2）利用MOXA嵌入式智能通讯管理机，将整个变电站所有电气设备进行信息集成，使之成为一个管理网络，避免出现信息孤岛。利用C语言进行底层通讯协议转换程序开发，既高效又统一。

（3）该煤矿变电站监控系统的开发成功，也为其他自动化项目提供了借鉴。每一个设备的通讯及通讯协议，可以实现这些设备的信息集成及监控，电力、化工、医疗都可以实现综合信息智能监控。